高三生物二輪復(fù)習(xí)新情境微專題1溶酶體與細(xì)胞自噬、ATP驅(qū)動泵、偶聯(lián)協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)、光驅(qū)動泵一、溶酶體與細(xì)胞自噬【典例剖析】例：(2022·臨沂二模)細(xì)胞自噬是細(xì)胞在自噬相關(guān)基因的調(diào)控下利用溶酶體降解自身受損的細(xì)胞器和大分子物質(zhì)①的過程,是真核細(xì)胞中廣泛存在的自穩(wěn)機(jī)制。如圖是細(xì)胞自噬機(jī)制的示意圖,自噬體內(nèi)的物質(zhì)被水解后,其產(chǎn)物的去向是排出細(xì)胞或在細(xì)胞內(nèi)被利用②。下列敘述錯誤的是 ()A.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和溶酶體等生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)相似B.異噬溶酶體和自噬溶酶體的形成體現(xiàn)了生物膜具有流動性C.正常生理狀態(tài)下,溶酶體對機(jī)體自身的細(xì)胞結(jié)構(gòu)無分解作用D.營養(yǎng)缺乏條件下,細(xì)胞通過自噬獲得維持生存所需的物質(zhì)和能量[思維流程]問題思維落點情境掃描信息解碼B選項生物膜流動性的含義與體現(xiàn)題圖生物膜發(fā)生融合C選項細(xì)胞自噬的底物①可以是自身成分D選項細(xì)胞自噬的意義②產(chǎn)物可被再利用【解析】選C。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(含有單層膜)、線粒體(含有雙層膜)和溶酶體(含有單層膜)等生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)相似,結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系,A正確;異噬溶酶體和自噬溶酶體的形成體現(xiàn)了生物膜的結(jié)構(gòu)特點:具有一定的流動性,B正確;正常生理狀態(tài)下,溶酶體也能分解衰老損傷的細(xì)胞器,C錯誤;處于營養(yǎng)缺乏條件下的細(xì)胞,通過細(xì)胞自噬可獲得維持生存所需的物質(zhì)和能量,D正確?！厩榫吃怼?.細(xì)胞自噬的概念:在一定條件下,細(xì)胞會將受損或功能退化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)等,通過溶酶體降解后再利用,這就是細(xì)胞自噬。2.細(xì)胞自噬的類型與過程圖解:(1)巨自噬:(2)微自噬:(3)分子伴侶介導(dǎo)自噬:3.細(xì)胞自噬的意義:(1)處于營養(yǎng)缺乏條件下的細(xì)胞,通過細(xì)胞自噬可以獲得維持生存所需的物質(zhì)和能量。(2)在細(xì)胞受到損傷、微生物入侵或細(xì)胞衰老時,通過細(xì)胞自噬可以清除受損或衰老的細(xì)胞器,以及感染的微生物和毒素,從而維持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定。(3)有些激烈的細(xì)胞自噬,可能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡?！緩?qiáng)化練習(xí)】1.細(xì)胞自噬是將細(xì)胞內(nèi)受損、變性的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)饺苊阁w內(nèi)并降解的過程。下圖是酵母菌中分子伴侶(熱激蛋白)介導(dǎo)的自噬過程圖解,下列相關(guān)敘述錯誤的是 ()A.酵母菌饑餓時生存所需能量可來自細(xì)胞自噬B.熱激蛋白復(fù)合物與溶酶體表面的受體結(jié)合并進(jìn)入其中,使受損蛋白質(zhì)水解C.自噬過度或自噬不足都會引發(fā)細(xì)胞代謝紊亂,甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡D.細(xì)胞自噬只發(fā)生在細(xì)胞衰老、凋亡的過程中【解析】選D。酵母菌在饑餓時能生存,說明細(xì)胞可通過自噬將自身物質(zhì)或結(jié)構(gòu)降解后作為細(xì)胞呼吸過程的原料,為生命活動提供能量,A正確;據(jù)圖分析可知:細(xì)胞內(nèi)受損蛋白質(zhì)可與熱激蛋白形成復(fù)合物,與溶酶體膜上的受體結(jié)合,并轉(zhuǎn)入溶酶體腔,使受損蛋白質(zhì)水解,B正確;據(jù)題干信息可知:“細(xì)胞自噬是將細(xì)胞內(nèi)受損、變性的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)饺苊阁w內(nèi)并降解的過程”,故自噬過度可能會損傷正常結(jié)構(gòu),自噬不足可能會造成受損、變性的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)增多,兩者都會引發(fā)細(xì)胞代謝紊亂,甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡,C正確;細(xì)胞自噬是將細(xì)胞內(nèi)受損、變性、衰老的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)饺苊阁w內(nèi)并降解的過程,故細(xì)胞自噬貫穿于正常細(xì)胞生長、分化、衰老和死亡等全過程,D錯誤。2.處于營養(yǎng)缺乏條件的細(xì)胞通過細(xì)胞自噬可獲得維持生存所需的物質(zhì)和能量,如圖所示,據(jù)此判斷下列敘述錯誤的是 ()A.溶酶體中的水解酶來自細(xì)胞質(zhì),其pH低于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中pHB.圖中顯示,通過細(xì)胞自噬可保持細(xì)胞所處內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)平衡C.溶酶體與自噬體的融合體現(xiàn)了生物膜的結(jié)構(gòu)特點D.細(xì)胞自噬不會發(fā)生在大腸桿菌體內(nèi)【解析】選B。由圖示可知溶酶體中的水解酶來自細(xì)胞質(zhì),溶酶體內(nèi)的pH為5左右,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中pH為7.2左右,A正確;圖中顯示,通過細(xì)胞自噬可獲得維持生存所需的物質(zhì)和能量,該圖并沒有說明通過細(xì)胞自噬可保持細(xì)胞所處內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)平衡,B錯誤;溶酶體與自噬體的膜融合體現(xiàn)了生物膜的結(jié)構(gòu)特點——具有一定的流動性,C正確;大腸桿菌是原核生物,沒有溶酶體,因此細(xì)胞自噬不會發(fā)生在大腸桿菌體內(nèi),D正確。3.細(xì)胞自噬是指細(xì)胞通過降解自身結(jié)構(gòu)或物質(zhì)使細(xì)胞存活的自我保護(hù)機(jī)制。細(xì)胞面臨代謝壓力時,可通過降解自身大分子物質(zhì)或細(xì)胞器為生存提供能量。圖1、圖2表示酵母細(xì)胞自噬的信號調(diào)控過程,其中AKT和mTor是抑制酵母細(xì)胞凋亡和自噬的兩種關(guān)鍵蛋白激酶。請回答下列問題:(1)與細(xì)胞自噬有關(guān)的細(xì)胞器主要是。

(2)據(jù)圖1所示,當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)充足時,胰島素與特異性受體結(jié)合,激活A(yù)KT來抑制凋亡,激活的該酶一方面可促進(jìn),另一方面可促進(jìn),

并且進(jìn)一步激活了mTor,從而抑制。

(3)據(jù)圖2所示,當(dāng)環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)或胰島素缺乏時,mTor失活,酵母細(xì)胞會啟動細(xì)胞自噬過程,其意義是;如果上述過程無法滿足細(xì)胞代謝需要,酵母細(xì)胞則啟動細(xì)胞凋亡程序。

【解析】(1)與細(xì)胞自噬有關(guān)的細(xì)胞器是溶酶體,其含有大量的水解酶,能夠分解衰老、損傷的細(xì)胞器,吞噬并殺死侵入細(xì)胞的病毒或病菌。(2)當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)充足時,激活的AKT可促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞,并促進(jìn)葡萄糖分解成的丙酮酸和[H]進(jìn)入線粒體產(chǎn)生大量ATP,并且進(jìn)一步激活了mTor,從而抑制細(xì)胞自噬的發(fā)生。(3)當(dāng)環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)或胰島素缺乏時,mTor失活,酵母細(xì)胞會通過啟動細(xì)胞自噬過程為細(xì)胞生命活動提供ATP(能量)。答案:(1)溶酶體(2)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞葡萄糖分解成的丙酮酸和[H]進(jìn)入線粒體產(chǎn)生大量ATP細(xì)胞自噬的發(fā)生(3)為細(xì)胞生命活動提供ATP(能量)二、ATP驅(qū)動泵、偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、光驅(qū)動泵例：科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞進(jìn)行主動運(yùn)輸主要與三種膜蛋白密不可分:一是ATP驅(qū)動泵:把逆濃度轉(zhuǎn)運(yùn)與ATP的水解相偶聯(lián)。二是偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白:把一種物質(zhì)穿過膜的轉(zhuǎn)運(yùn)與另一種物質(zhì)的順濃度轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)①。三是光驅(qū)動泵:主要在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn),能把逆濃度轉(zhuǎn)運(yùn)與光能的輸入相偶聯(lián)(如圖1所示,圖中a、b、c代表主動運(yùn)輸?shù)娜N類型,、、代表運(yùn)輸?shù)碾x子或小分子)?；卮鹣铝袉栴}:(1)分析圖1所示的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),(填“P”或“Q”)側(cè)為細(xì)胞外。

(2)在小腸腔面,細(xì)胞膜上的蛋白S有兩種結(jié)合位點:一種與Na+結(jié)合,一種與葡萄糖結(jié)合。當(dāng)?shù)鞍譙將Na+順濃度梯度運(yùn)輸②進(jìn)入上皮細(xì)胞時,葡萄糖與Na+相伴隨也進(jìn)入細(xì)胞③。小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的方式是圖1中(填“a”“b”或“c”)類型的主動運(yùn)輸,葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞的能量來源是。

(3)小腸基膜上Na+-K+泵由α、β兩個亞基組成,α亞基上既有Na+、K+的結(jié)合位點,又具有ATP水解酶的活性④,據(jù)此分析圖中Na+-K+泵的功能。

[思維流程]問題思維落點情境掃描信息解碼(2)題第1空不同類型主動運(yùn)輸?shù)奶攸c①+③+圖2葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)與Na+的順濃度轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)(2)題第2空主動運(yùn)輸?shù)哪芰縼碓储谀?nèi)外離子濃度差具備勢能(3)題蛋白質(zhì)的功能圖2+④Na+-K+泵參與離子的運(yùn)輸、Na+-K+泵具有ATP水解酶活性【解析】(1)根據(jù)P側(cè)含有糖蛋白可知,P為細(xì)胞外側(cè)。(2)當(dāng)?shù)鞍譙將Na+順濃度梯度運(yùn)輸進(jìn)入上皮細(xì)胞時,葡萄糖與Na+相伴隨也進(jìn)入細(xì)胞,葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞的方式為偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與的主動運(yùn)輸,類似于圖1中的a過程。該過程中,葡萄糖主動運(yùn)輸所需的能量來自細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的Na+濃度差形成的勢能。(3)根據(jù)Na+-K+泵的α亞基上既有Na+、K+的結(jié)合位點,又具有ATP水解酶的活性可知,Na+-K+泵可以參與Na+、K+的運(yùn)輸,也可以催化ATP的水解。答案:(1)P(2)a細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的Na+濃度差形成的勢能(3)運(yùn)輸Na+、K+和催化ATP水解【情境原理】參與主動運(yùn)輸?shù)娜N載體蛋白的比較項目轉(zhuǎn)運(yùn)方向能量來源舉例ATP驅(qū)動泵逆濃度梯度ATPNa+-K+泵、Ca2+泵、H+泵等偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白同時轉(zhuǎn)運(yùn)兩種不同溶質(zhì)。一種離子或分子逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn);另外一種或多種不同離子順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)利用的能量儲存在其中的一種溶質(zhì)的電化學(xué)梯度中①動物細(xì)胞的細(xì)胞膜上,Na+是常用的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)離子,它的電化學(xué)梯度為一種分子的主動運(yùn)輸提供驅(qū)動力②細(xì)菌、酵母菌和動物細(xì)胞,絕大多數(shù)主動運(yùn)輸靠的是H+的電化學(xué)梯度來驅(qū)動光驅(qū)動泵逆濃度梯度光能細(xì)菌視紫紅質(zhì)等物質(zhì)利用光能驅(qū)動H+的轉(zhuǎn)運(yùn)【鞏固練習(xí)】1.鈣泵是存在于細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜上的跨膜蛋白,是一種Ca2+激活的ATP酶,能驅(qū)動細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的Ca2+泵出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中儲存起來,以維持細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中低濃度的Ca2+。當(dāng)細(xì)胞受到刺激時,Ca2+又會從細(xì)胞外或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中借助通道蛋白進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。下列相關(guān)說法正確的是 ()A.鈣泵運(yùn)輸Ca2+的過程中會伴隨ATP的水解,屬于放能反應(yīng)B.Ca2+泵出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中時,鈣泵不會發(fā)生自身構(gòu)象變化C.Ca2+從細(xì)胞外或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的過程屬于主動運(yùn)輸D.蛋白質(zhì)變性劑和呼吸抑制劑均會降低鈣泵運(yùn)輸Ca2+的速率【解析】選D。鈣泵運(yùn)輸Ca2+的過程中會伴隨ATP的水解,屬于吸能反應(yīng),A錯誤;Ca2+泵出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中,屬于主動運(yùn)輸,需要鈣泵,鈣泵能運(yùn)輸Ca2+,運(yùn)輸過程中會發(fā)生自身構(gòu)象變化,B錯誤;Ca2+從細(xì)胞外或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),是從高濃度運(yùn)輸?shù)降蜐舛?屬于協(xié)助擴(kuò)散,C錯誤;根據(jù)題意,Ca2+泵出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi),需要鈣泵,需要ATP水解提供能量,屬于主動運(yùn)輸,所以蛋白質(zhì)變性劑和呼吸抑制劑均會降低鈣泵運(yùn)輸Ca2+的速率,D正確。2.線粒體外膜分布著孔蛋白構(gòu)成的通道蛋白,丙酮酸可以經(jīng)此通道通過。而線粒體內(nèi)膜由于蛋白質(zhì)含量高導(dǎo)致通透性低,丙酮酸需通過與H+協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆绞接赡らg隙進(jìn)入線粒體基質(zhì),如圖所示。下列敘述錯誤的是 ()A.線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的比值大于線粒體外膜B.丙酮酸穿過線粒體外膜和內(nèi)膜的方式均為協(xié)助擴(kuò)散C.H+通過質(zhì)子泵由線粒體基質(zhì)進(jìn)入膜間隙的方式為主動運(yùn)輸D.加入蛋白質(zhì)變性劑會改變線粒體內(nèi)膜對H+的運(yùn)輸速率【解析】選B。線粒體內(nèi)膜是有氧呼吸第三個階段的場所,其上附著有多種酶,因此線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的比值大于線粒體外膜,A正確;丙酮酸通過內(nèi)膜時,丙酮酸要借助特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,利用H+(質(zhì)子)協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆绞接赡らg隙進(jìn)入線粒體基質(zhì),消耗H+的梯度勢能,因此為主動運(yùn)輸,B錯誤;H+(質(zhì)子)通過質(zhì)子泵由線粒體基質(zhì)進(jìn)入膜間隙是逆濃度梯度,且需要載體蛋白,所以運(yùn)輸方式為主動運(yùn)輸,C正確;蛋白質(zhì)變性劑會使蛋白質(zhì)變性而失活,H+(質(zhì)子)通過質(zhì)子泵由線粒體基質(zhì)進(jìn)入膜間隙需要載體蛋白,所以運(yùn)輸速率會降低,D正確。3.細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bR)是嗜鹽桿菌細(xì)胞膜上一種光能驅(qū)動的H+跨膜運(yùn)輸?shù)鞍?經(jīng)由bR形成的H+濃度梯度用于驅(qū)動ATP合成等活動(如圖1所示),合成的ATP可用于同化CO2。利用破碎的嗜鹽桿菌細(xì)胞膜構(gòu)建囊泡模型并對其進(jìn)行光誘導(dǎo),囊泡外溶液pH變化如圖2所示。下列說法正確的是 ()A.bR在核糖體上合成后需經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體加工B.圖示Na+、K+的轉(zhuǎn)運(yùn)及H+在bR處的轉(zhuǎn)運(yùn)均為逆濃度梯度運(yùn)輸C.嗜鹽桿菌為自養(yǎng)生物,合成ATP所需能量直接來源于光能D.光照時嗜鹽桿菌細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)pH上升,停止光照后胞外H+濃度低于胞內(nèi)【解析】選B。嗜